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文档介绍
【数学】2020届一轮复习(理)通用版4-7正弦定理和余弦定理学案
第七节正弦定理和余弦定理 1.正弦定理和余弦定理 在△ABC中,若角A,B,C所对的边分别是a,b,c,R为△ABC的外接圆半径,则 定理 正弦定理 余弦定理 内容 ===2R a2=b2+c2-2bccos A; b2=c2+a2-2cacos B; c2=a2+b2-2abcos C 变形形式(边角转化) a=2Rsin A,b=2Rsin B, c=2Rsin C; sin A=,sin B=, sin C=; a∶b∶c=sin A∶sin B∶sin C cos A=; cos B=; cos C= 可解决的问题 (1)已知两角和任一边,求另一角和其他两条边; (2)已知两边和其中一边的对角,求另一边和其他两角 (1)已知三边,求各角; (2)已知两边和它们的夹角,求第三边和其他两个角; (3)已知两边和其中一边的对角,求其他角和边 2.三角形中常用的面积公式 (1)S=ah(h表示边a上的高); (2)S=bcsin A=acsin B=absin C; (3)S=r(a+b+c)(r为三角形的内切圆半径). [熟记常用结论] 1.在△ABC中,内角A,B,C成等差数列⇔B=,A+C=. 2.在斜△ABC中,tan A+tan B+tan C=tan A·tan B·tan C. 3.在△ABC中,∠A>∠B⇔a>b⇔sin A>sin B. 4.三角形中的射影定理 在△ABC中,a=bcos C+ccos B;b=acos C+ccos A;c=bcos A+acos B. [小题查验基础] 一、判断题(对的打“√”,错的打“×”) (1)在△ABC中,已知a,b和角B,能用正弦定理求角A;已知a,b和角C,能用余弦定理求边c.( ) (2)在三角形中,已知两角和一边或已知两边和一角都能解三角形.( ) (3)在△ABC中,sin A>sin B的充分不必要条件是A>B.( ) (4)在△ABC中,a2+b2<c2是△ABC为钝角三角形的充分不必要条件.( ) (5)在△ABC的角A,B,C,边长a,b,c中,已知任意三个可求其他三个.( ) 答案:(1)√ (2)√ (3)× (4)√ (5)× 二、选填题 1.在△ABC中,若a=2,c=4,B=60°,则b等于( ) A.2 B.12 C.2 D.28 解析:选A 由b2=a2+c2-2accos B,得b2=4+16-8=12,所以b=2. 2.在△ABC中,a=3,b=5,sin A=,则sin B=( ) A. B. C. D.1 解析:选B 根据=,有=,得sin B=.故选B. 3.在△ABC中,已知b=40,c=20,C=60°,则此三角形的解的情况是( ) A.有一解 B.有两解 C.无解 D.有解但解的个数不确定 解析:选C 由正弦定理得=, ∴sin B===>1. ∴角B不存在,即满足条件的三角形不存在.故选C. 4.在△ABC中,角A,B,C所对的边分别为a,b,c,若a=,b=3,c=2,则A=________. 解析:易知cos A===, 又A∈(0,π),∴A=. 答案: 5.在△ABC中,A=60°,AC=4,BC=2,则△ABC的面积等于________. 解析:∵=,∴sin B=1,∴B=90°,∴AB=2,∴S△ABC=×2×2=2. 答案:2 6.已知△ABC中,三个内角A,B,C所对的边分别为a,b,c,且a=1,b=,A=30°,则c=________. 解析:∵a=1,b=,A=30°, ∴由a2=b2+c2-2bccos A得1=3+c2-3c, 即c2-3c+2=0,解得c=1或c=2. 答案:1或2 考点一利用正、余弦定理解三角形[师生共研过关] [典例精析] (1)(2019·莆田联考)在△ABC中,内角A,B,C的对边分别为a,b,c,若asin Bcos C+csin Bcos A=b,且a>b,则B=( ) A. B. C. D. (2)在△ABC中,角A,B,C所对的边分别为a,b,c,已知sin2B+sin2C=sin2A+sin Bsin C. ①求角A的大小; ②若cos B=,a=3,求c的值. [解析] (1)∵asin Bcos C+csin Bcos A=b, ∴由正弦定理得sin Asin Bcos C+sin Csin Bcos A=sin B, 即sin B(sin Acos C+sin Ccos A)=sin B. ∵sin B≠0,∴sin(A+C)=,即sin B=. ∵a>b,∴A>B,即B为锐角,∴B=,故选A. (2)①由正弦定理可得b2+c2=a2+bc, 由余弦定理得cos A==, 因为A∈(0,π),所以A=. ②由①可知sin A=, 因为cos B=,B为△ABC的内角,所以sin B=, 故sin C=sin(A+B)=sin Acos B+cos Asin B =×+×=. 由正弦定理=, 得c===1+. [答案] (1)A [解题技法] 正、余弦定理的应用技巧 (1)解斜三角形时,主要应用正弦定理和余弦定理,这两个定理应用时要注意区分.如果已知条件中边较多,常用余弦定理求解;如果要用正弦定理,题目条件中必须出现已知角. (2)解斜三角形中最典型的是边边角问题,一般是先用正弦定理求出一个角的正弦值,如sin A=x.①若sin A=1,则∠A=90°;②若sin A>1,矛盾无解;③若0<sin A<1,可能有两解,也可能只有一解.需要比较两个边的大小,用“大边对大角”来确定A是两解或者一解. (3)在解答三角形的综合题时,如果已知条件的关系式中同时出现角和边,应当利用正弦定理进行消元,实现边角统一,化为仅含边的关系式或仅含角的关系式.即“边角会聚综合题,正弦定理来统一”. [口诀记忆] 斜三角形把我问,两个定理有区分; 余弦定理多见边,正弦定理角必现; 边边角,解难辨,正弦值,先计算; 等于1,九十度,大于1,矛盾出; 小于1时怎么办?利用大角对大边; 边角会聚综合题,正弦定理来统一. [过关训练] 1.(2018·全国卷Ⅱ)在△ABC中,cos=,BC=1,AC=5,则AB=( ) A.4 B. C. D.2 解析:选A ∵cos=, ∴cos C=2cos2-1=2×2-1=-. 在△ABC中,由余弦定理,得AB2=AC2+BC2-2AC·BC·cos C=52+12-2×5×1×=32, ∴AB=4. 2.(2019·河北“五个一名校联盟”模拟)已知a,b,c分别是△ABC的内角A,B,C所对的边,且c=2,C=,若sin C+sin(B-A)=2sin 2A,则A=________. 解析:在△ABC中,由sin C+sin(B-A)=2sin 2A可得sin(A+B)+sin(B-A)=2sin 2A,即sin Acos B+cos Asin B+cos Asin B-sin Acos B=4sin Acos A,∴cos Asin B=2sin Acos A,即cos A(sin B-2sin A)=0,即cos A=0或sin B=2sin A, ①当cos A=0时,A=; ②当sin B=2sin A时,根据正弦定理得b=2a, 由余弦定理c2=b2+a2-2abcos C,结合c=2,C=, 得a2+b2-ab=4, ∴a=,b=,∴b2=a2+c2, ∴B=,∴A=. 综上可得,A=或. 答案:或 3.(2019·开封模拟)已知△ABC的内角A,B,C的对边分别为a,b,c,且asin A+bsin B+bsin A=csin C. (1)求C; (2)若a=2,b=2,线段BC的垂直平分线交AB于点D,求CD的长. 解:(1)因为asin A+bsin B+bsin A=csin C, 所以由正弦定理可得a2+b2+ab=c2. 由余弦定理得cos C==-, 又0<C<π,所以C=. (2)由(1)知C=, 根据余弦定理可得c2=a2+b2-2abcos C=22+(2)2-2×2×2×=20,所以c=2. 由正弦定理=,得=, 解得sin B=,从而cos B=. 设BC的垂直平分线交BC于点E, 因为在Rt△BDE中,cos B=, 所以BD===, 因为点D在线段BC的垂直平分线上, 所以CD=BD=. 考点二与三角形面积有关的问题[师生共研过关] [典例精析] (2019·武汉调研)在△ABC中,a,b,c分别是角A,B,C的对边,且2bcos C=2a+c. (1)求B; (2)若b=2,a+c=,求△ABC的面积. [解] (1)由正弦定理,知2sin Bcos C=2sin A+sin C, 由A+B+C=π,得2sin Bcos C=2sin(B+C)+sin C=2(sin Bcos C+cos Bsin C)+sin C,即2cos Bsin C+sin C=0. 因为sin C≠0,所以cos B=-. 因为0<B<π,所以B=. (2)由余弦定理b2=a2+c2-2accos B, 可知b2=(a+c)2-2ac-2accos B, 因为b=2,a+c=, 所以22=()2-2ac-2accos,得ac=1. 所以S△ABC=acsin B=×1×=. [解题技法] (1)对于面积公式S=absin C=acsin B=bcsin A,一般是已知哪一个角就使用哪一个公式. (2)与面积有关的问题,一般要用正弦定理或余弦定理进行边和角的转化. [过关训练] 1.(2018·全国卷Ⅲ)△ABC的内角A,B,C的对边分别为a,b,c.若△ABC的面积为,则C=( ) A. B. C. D. 解析:选C ∵S=absin C===abcos C,∴sin C=cos C,即tan C=1. ∵C∈(0,π),∴C=. 2.(2019·沈阳模拟)在△ABC中,内角A,B,C的对边分别为a,b,c,已知c=5,B=,△ABC的面积为,则cos 2A=________. 解析:由三角形的面积公式,得S△ABC=acsin B=×a×5×sin=××5a=,解得a=3.由b2=a2+c2-2accos B=32+52-2×3×5×=49,得b=7.又由=⇒sin A=sin B=sin=,∴cos 2A=1-2sin2A=1-2×2=. 答案: 3.在△ABC中,角A,B,C的对边分别为a,b,c,且bcos A=(2c-a)cos B. (1)求B; (2)若b=,△ABC的面积为,求△ABC的周长. 解:(1)由bcos A=(2c-a)cos B, 得2ccos B=bcos A+acos B. 由正弦定理可得2sin Ccos B=sin Bcos A+sin Acos B=sin(A+B)=sin C, 因为sin C≠0,所以cos B=. 因为0<B<π,所以B=. (2)因为S△ABC=acsin B=,所以ac=4. 又13=a2+c2-2accos B=a2+c2-ac, 所以a2+c2=17, 所以a+c=5, 故△ABC的周长为5+. 考点三平面图形中的计算问题[师生共研过关] [典例精析] (2019·佛山质检)如图所示,在平面四边形ABCD中,∠ABC=,AB⊥AD,AB=1. (1)若AC=,求△ABC的面积; (2)若∠ADC=,CD=4,求sin∠CAD. [解] (1)在△ABC中,由余弦定理得,AC2=AB2+BC2-2AB·BC·cos∠ABC, 即5=1+BC2+BC,解得BC=(负值舍去), 所以△ABC的面积S△ABC=AB·BC·sin∠ABC=×1××=. (2)设∠CAD=θ,在△ACD中,由正弦定理得,=,即=,① 在△ABC中,∠BAC=-θ,∠BCA=π--=θ-, 由正弦定理得=, 即=,② ①②两式相除,得=, 即4=sin θ,整理得sin θ=2cos θ. 又sin2θ+cos2θ=1,故sin θ=,即sin∠CAD=. [解题技法] 平面图形中计算问题的解题关键及思路 求解平面图形中的计算问题,关键是梳理条件和所求问题的类型,然后将数据化归到三角形中,利用正弦定理或余弦定理建立已知和所求的关系. 具体解题思路如下: (1)把所提供的平面图形拆分成若干个三角形,然后在各个三角形内利用正弦、余弦定理求解; (2)寻找各个三角形之间的联系,交叉使用公共条件,求出结果. [过关训练] (2018·全国卷Ⅰ)在平面四边形ABCD中,∠ADC=90°,∠A=45°,AB=2,BD=5. (1)求cos ∠ADB; (2)若DC=2,求BC. 解:(1)在△ABD中,由正弦定理得=, 即=, 所以sin ∠ADB=. 由题设知,∠ADB<90°, 所以cos ∠ADB= =. (2)由题设及(1)知,cos ∠BDC=sin ∠ADB=. 在△BCD中,由余弦定理, 得BC2=BD2+DC2-2BD·DC·cos ∠BDC =25+8-2×5×2×=25, 所以BC=5. 一、题点全面练 1.在△ABC中,角A,B,C的对边分别为a,b,c,若=,则B的大小为( ) A.30° B.45° C.60° D.90° 解析:选B 由正弦定理知,=, ∴sin B=cos B,∴B=45°. 2.在△ABC中,角A,B,C的对边分别为a,b,c,若A=,=2sin Asin B,且b=6,则c=( ) A.2 B.3 C.4 D.6 解析:选C 由余弦定理得a2=b2+c2-2bc×=b2+c2-bc,又=2sin Asin B,由正弦定理可得=,即a2+b2-4c2=0,则b2+c2-bc+b2-4c2=0. 又b=6,∴c2+2c-24=0,解得c=4(负值舍去),故选C. 3.(2019·安徽江南十校联考)在△ABC中,角A,B,C所对的边分别为a,b,c,且b2=ac,a2+bc=c2+ac,则的值为( ) A. B. C.2 D. 解析:选D 由b2=ac,a2+bc=c2+ac,得b2+c2-a2=bc,∴cos A==,则sin A=. 由b2=ac,得sin2B=sin Asin C,∴=, ∴===. 4.在△ABC中,角A,B,C的对边分别为a,b,c,若=,(b+c+a)(b+c-a)=3bc,则△ABC的形状为( ) A.直角三角形 B.等腰非等边三角形 C.等边三角形 D.钝角三角形 解析:选C ∵=, ∴=,∴b=c. 又(b+c+a)(b+c-a)=3bc, ∴b2+c2-a2=bc,∴cos A===. ∵A∈(0,π),∴A=,∴△ABC是等边三角形. 5.(2019·四平质检)在△ABC中,已知a,b,c分别为角A,B,C的对边且∠A=60°,若S△ABC=且2sin B=3sin C,则△ABC的周长等于( ) A.5+ B.12 C.10+ D.5+2 解析:选A 在△ABC中,∠A=60°.∵2sin B=3sin C,∴由正弦定理可得2b=3c,再由S△ABC==bc·sin A,可得bc=6,∴b=3,c=2.由余弦定理可得a2=b2+c2-2bc·cos A=7,∴a=,故△ABC的周长为a+b+c=5+,故选A. 6.(2019·太原模拟)在△ABC中,AB=2,AC=3,∠BAC=90°,点D在AB上,点E在CD上,且∠ACB=∠DBE=∠DEB,则CD=________. 解析:设BD=x,过点E作EF⊥AB于点F,设∠ACB=∠DBE=∠DEB=θ,则∠EDF=2θ,DE=x,∵tan θ=,∴tan 2θ=,∴在Rt△EFD中,EF=xsin 2θ,DF=xcos 2θ,∵=,∴=,∴tan 2θ==,解得x=,∴AD=,∴CD=. 答案: 7.在△ABC中,角A,B,C所对的边分别是a,b,c,若cos C=,c=3,且=,则△ABC的面积等于________. 解析:∵=,由正弦定理可知=⇒tan A=tan B,则A=B,∴△ABC为等腰三角形,∴A+B+C=2B+C=π,得2B=π-C,则cos 2B=-cos C=-=1-2sin2B,解得sin B=,cos B=,tan B=. ∵AB=c=3,∴C到AB的距离h=×tan B=×=,∴△ABC的面积为×AB×h=. 答案: 8.(2019·菏泽模拟)在△ABC中,内角A,B,C的对边分别为a,b,c,且acos B-c-=0,a2=bc,b>c,则=________. 解析:由acos B-c-=0及正弦定理可得sin Acos B-sin C-=0.因为sin C=sin(A+B)=sin Acos B+cos Asin B,所以--cos Asin B=0,因为sin B≠0,所以cos A=-,即A=.由余弦定理得a2=bc=b2+c2+bc,即2b2-5bc+2c2=0,又b>c,所以=2. 答案:2 9.(2019·惠州调研)已知△ABC中,角A,B,C的对边分别为a,b,c,且2cos C(acos C+ccos A)+b=0. (1)求角C的大小; (2)若b=2,c=2,求△ABC的面积. 解:(1)∵2cos C(acos C+ccos A)+b=0, ∴由正弦定理可得2cos C(sin Acos C+sin Ccos A)+sin B=0, ∴2cos Csin(A+C)+sin B=0,即2cos Csin B+sin B=0, 又0°<B<180°,∴sin B≠0,∴cos C=-, 又0°<C<180°,∴C=120°. (2)由余弦定理可得(2)2=a2+22-2×2acos 120°=a2+2a+4, 又a>0,∴解得a=2,∴S△ABC=absin C=, ∴△ABC的面积为. 10.(2017·全国卷Ⅰ)△ABC的内角A,B,C的对边分别为a,b,c.已知△ABC的面积为. (1)求sin Bsin C; (2)若6cos Bcos C=1,a=3,求△ABC的周长. 解:(1)由题设得acsin B=, 即csin B=. 由正弦定理得sin Csin B=, 故sin Bsin C=. (2)由题设及(1)得cos Bcos C-sin Bsin C=-, 即cos(B+C)=-. 所以B+C=,故A=. 由题设得bcsin A=,即bc=8. 由余弦定理得b2+c2-bc=9,即(b+c)2-3bc=9, 解得b+c=. 故△ABC的周长为3+. 二、专项培优练 (一)易错专练——不丢怨枉分 1.在△ABC中, 若=,则△ABC的形状是( ) A.等腰三角形 B.直角三角形 C.等腰直角三角形 D.等腰三角形或直角三角形 解析:选D 由已知===,得=或=0,即=或C=90°.当C=90°时,△ABC为直角三角形.当=时,由正弦定理,得=,∴=,即sin Ccos C=sin Bcos B,即sin 2C=sin 2B.∵B,C均为△ABC的内角,∴2C=2B或2C+2B=180°,∴B=C或B+C=90°,∴△ABC为等腰三角形或直角三角形,故选D. 2.已知△ABC的内角A,B,C的对边分别为a,b,c,且b=a,a=2,c=,则C=( ) A. B.或 C. D. 解析:选D ∵b=a,∴由正弦定理可得sin B=sin Acos C+sin Asin C.又sin B=sin(A+C)=sin Acos C+cos Asin C,∴cos Asin C=sin Asin C.由sin C≠0,可得sin A=cos A,∴tan A=.由A为三角形内角,可得A=.∵a=2,c=,∴由正弦定理可得sin C==,∴由c<a,可得C=,故选D. (二)交汇专练——融会巧迁移 3.[与数列交汇]在△ABC中,角A,B,C所对应的边分别为a,b,c.若角A,B,C依次成等差数列,且a=1,b=,则S△ABC=( ) A. B. C. D.2 解析:选C ∵A,B,C依次成等差数列,∴B=60°, 由余弦定理得b2=a2+c2-2accos B,得c=2, ∴S△ABC=acsin B=,故选C. 4.[与三角函数交汇]已知函数f(x)=cos2x+sin(π-x)·cos(π+x)-. (1)求函数f(x)在[0,π]上的单调递减区间; (2)在锐角△ABC中,内角A,B,C的对边分别为a,b,c,已知f(A)=-1,a=2,bsin C=asin A,求△ABC的面积. 解:(1)f(x)=cos2x-sin xcos x- =-sin 2x- =-sin, ∴2kπ-≤2x-≤2kπ+,k∈Z, ∴kπ-≤x≤kπ+,k∈Z,又x∈[0,π], ∴函数f(x)在[0,π]上的单调递减区间为和. (2)由(1)知f(x)=-sin, ∴f(A)=-sin=-1, ∵△ABC为锐角三角形,∴0<A<, ∴-<2A-<, ∴2A-=,即A=. 又bsin C=asin A,∴bc=a2=4, ∴S△ABC=bcsin A=. (三)素养专练——学会更学通 5.[数学运算]已知在△ABC中,角A,B,C所对的边分别为a,b,c,bcos∠BCA=a,点M在线段AB上,且∠ACM=∠BCM.若b=6CM=6,则cos∠BCM=( ) A. B. C. D. 解析:选B 设∠ACM=∠BCM=θ,则∠BCA=2θ.又a=bcos∠BCA,b=6CM=6,∴a=6cos 2θ,CM=1.则由面积关系S△ACM+S△BCM=S△ABC,得×6×1×sin θ+×1×6cos 2θ×sin θ=×6×6cos 2θ×sin 2θ,∴sin θcos θ(4cos θ-3)(3cos θ+2)=0.∵0<θ<,∴cos θ=,故选B. 6.[数学建模]线段的黄金分割点定义:若点C在线段AB上,且满足AC2=BC·AB,则称点C为线段AB的黄金分割点.在△ABC中,AB=AC,A=36°,若角B的平分线交边AC于点D,则点D为边AC的黄金分割点.利用上述结论,可以求出cos 36°=( ) A. B. C. D. 解析:选B 设AB=2,AD=x,又AB=AC,所以CD=2-x.由黄金分割点的定义可得AD2=AC·CD,即x2=2·(2-x),解得AD=-1.在△ABD中,由余弦定理得cos 36°===.故选B. 7.[直观想象、数学运算]如图,在△ABC中,点P在BC边上,∠PAC=60°,PC=2,AP+AC=4. (1)求∠ACP; (2)若△APB的面积是,求sin∠BAP. 解:(1)在△APC中,∠PAC=60°,PC=2,AP+AC=4, 由余弦定理得PC2=AP2+AC2-2·AP·AC·cos∠PAC, 所以22=AP2+(4-AP)2-2·AP·(4-AP)·cos 60°, 整理得AP2-4AP+4=0, 解得AP=2, 所以AC=2, 所以△APC是等边三角形, 所以∠ACP=60°. (2)由于∠APB是△APC的外角,所以∠APB=120°, 因为△APB的面积是, 所以·AP·PB·sin∠APB=, 所以PB=3. 在△APB中,AB2=AP2+PB2-2·AP·PB·cos∠APB=22+32-2×2×3×cos 120°=19, 所以AB=. 在△APB中,由正弦定理得=, 所以sin∠BAP==.查看更多